【正文】 天 津 冶 金 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院教 案 ( 首頁 ) 學(xué)年：2006~2007 學(xué)期：第二學(xué)期課次7課時(shí)2班級(jí)電氣052電氣054電子052周次4日期課題第2章相控整流電路 性能指標(biāo) 單相半波相控整流電路教學(xué)目的理解和掌握單相半波相控整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形、電氣性能、分析方法和參數(shù)計(jì)算課型面授■ 多媒體■ 機(jī)房□ 實(shí)驗(yàn)□ 實(shí)習(xí)□ 課程設(shè)計(jì)□教學(xué)重點(diǎn)波形分析和基本電量計(jì)算的方法教學(xué)難點(diǎn)波形分析實(shí)踐環(huán)節(jié)多媒體作業(yè)2—1～4教研室主任意見：同意該計(jì)劃，單相相控整流電路是本章內(nèi)容的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，掌握其分析方法對(duì)后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)非常有幫助。簽字：劉沂日期：天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案第2章 相控整流電路 整流器的性能指標(biāo) 單相相控整流電路 三相相控整流電路 相控整流電路的換相壓降 整流電路的有源逆變工作電路 晶閘管相控電路的驅(qū)動(dòng)控制天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案第2章 相控整流電路 整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流。相控整流電路:電壓可調(diào)。二極管整流電路:電壓固定。 相控整流電路的類型 ：216。 按照輸入交流電源的相數(shù):單相、三相和多相整流電路；216。 按電路中組成的電力電子器件控制特性:不可控、半控整流電路；216。 根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式:半波、全波和橋式整流電路等類型。 整流器的性能指標(biāo) l定義：利用電力電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為整流器。l整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：（1）輸出的直流電壓大小可以控制；（2）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流中的紋波都必須限制在允許范圍內(nèi)；（3）整流器的效率要高。電壓紋波系數(shù)整流器的輸出電壓是脈動(dòng)的，其中除了有主要的直流成分外，還有一定交流諧波成分。定義整流器的輸出電壓的交流紋波有效值與直流平均值之比為電壓紋波系數(shù)。即 ： （）如果直流輸出電壓有效值用U表示，則， 天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案因此有： （）電壓脈動(dòng)系數(shù)若第n次諧波峰值為Unm, 則定義與之比為電壓脈動(dòng)系數(shù)， （）輸入電流總畸變率THD整流電路輸出為各次諧波電流之和。輸入電流總畸變率THD（Total Harmonic Distortion）又稱諧波因數(shù)HF（Harmonic Factor），是指除基波電流以外的所有諧波電流有效值與基波電流效值之比，即：（）式中為n次諧波電流有效值。輸入功率因數(shù)PF定義交流電源輸入有功功率平均值P與其視在功率S之比為輸入功率因數(shù)PF（Power factor）, 即： （）對(duì)于無畸變的正弦波，諧波電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均功率為零，只有基波電流形成有功功率 上式中是輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角。則 稱為基波位移因數(shù)(或基波功率因數(shù))，于是輸入功率因數(shù)為:天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案 （）式中稱為基波因數(shù)，且有所以： （）上式表明：功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定。越小，基波功率因數(shù)越大，相應(yīng)的PF也越大。另一方面，輸入電流總畸變率THD越小，功率因數(shù)PF也越大。 單相相控整流電路 單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。 單相半波相控整流電路1. 電阻性負(fù)載 單相半波可控整流 1)工作原理天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案（a）所示是單相半波相控整流帶電阻性負(fù)載的電路。圖中稱為整流變壓器，其二次側(cè)的輸出電壓為 （）在電源正半周，晶閘管T承受正向電壓，ωt α期間由于未加觸發(fā)脈沖，T處于正向阻斷狀態(tài)而承受全部電壓，負(fù)載Rd中無電流通過，負(fù)載上壓ud為零。在ωt =α 時(shí)T被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓全部加在上（忽略管壓降），到ωt=π時(shí)，電壓過零，在上述過程中，=。隨著電壓的下降電流也下降，當(dāng)電流下降到小于晶閘管的維持電流時(shí)，晶閘管T關(guān)斷，此時(shí)、均為零。在的負(fù)半周，T承受反壓，一直處于反相阻斷狀態(tài)，全部加在T兩端。直到下一個(gè)周期的觸發(fā)脈沖到來后，T又被觸發(fā)導(dǎo)通，電路工作情況又重復(fù)上述過程。（b）所示。在單相相控整流電路中，定義晶閘管從承受正向電壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度α稱為控制角(或移相角)，晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示。，若控制角為α，則晶閘管的導(dǎo)通角為 （） 2) 電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算：（1）整流輸出電壓平均值 (b)，可求出整流輸出電壓平均值為 ()上式表明，只要改變控制角α(即改變觸發(fā)時(shí)刻)，就可以改變整流輸天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案出電壓的平均值，達(dá)到相控整流的目的。這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。當(dāng)α=0時(shí)，=0，當(dāng)α=π時(shí)，=。移相范圍：整流輸出電壓的平均值從最大值變化到零時(shí)，控制角α的變化范圍為移相范圍。單相半波相控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)移相范圍為π。(2) 整流輸出電壓的有效值U根據(jù)有效值的定義，整流輸出電壓的有效值為 ()(3) 整流輸出電流的平均值和有效值I （） （）(4) 變壓器二次側(cè)輸出的有功功率P、視在功率S和功率因數(shù)PF如果忽略晶閘管T的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的有功功率為 （）電源輸入的視在功率為 （）電路的功率因數(shù) （）從上式可知，功率因數(shù)是控制角α的函數(shù)，且α越大，相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)PF越小。當(dāng)α=0時(shí)，PF=。這是因?yàn)殡娐返妮敵鲭娏髦胁粌H存在諧波，而且基波電流與基波電壓(即電源輸入正弦電壓)也不同相，即使是電阻性負(fù)載，PF也不會(huì)等于1。天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案例21 單相半波相控制整流電路，電阻性負(fù)載，由220V交流電源直接供電，要求輸出平均直流電壓50V，求晶閘管的控制角α、導(dǎo)通角θ、電源容量及功率因數(shù)，并選用晶閘管。解 由于，把、代入，可得α=89176。導(dǎo)通角因?yàn)?，所以電源容量功率因?shù)選用晶閘管元件承受的最大電壓。 流過晶閘管的電流的有效值晶閘管的額定電流，所以選用晶閘管的型號(hào)為KP308。2. 電感性負(fù)載 （等效為電感L和電阻R串聯(lián)）（1）工作原理及參數(shù)計(jì)算整流電路的負(fù)載常常是電感性負(fù)載。感性負(fù)載可以等效為電感L和電阻R串聯(lián)。（a）是帶電感性負(fù)載的單相半波可控整流電路，（b）是整流電路各電量波形圖。當(dāng)正半周時(shí)，時(shí)刻觸發(fā)晶閘管T，加到感性負(fù)載上。由于電感中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用，電流只能從零開始上升，到時(shí)刻達(dá)最大值，天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案 感性負(fù)載單相半波可控整流電路及其波形隨后開始減小。由于電感中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要阻礙電流的減小，到時(shí)刻過零變負(fù)時(shí)，并未下降到零，而在繼續(xù)減小，此時(shí)負(fù)載上的電壓為負(fù)值。直到時(shí)刻，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電源電壓相等，下降到零，晶閘管T關(guān)斷。此后晶閘管承受反壓，到下一周的時(shí)刻，觸發(fā)脈沖又使晶閘管導(dǎo)通，并重復(fù)上述過程。（b）所示的波形可知，在電角度α到π期間，負(fù)載電壓為正，在π到θ+α期間負(fù)載上電壓為負(fù)，因此，與電阻性負(fù)載相比，感性負(fù)載上所得到的輸出電壓平均值變小了，其值可由下式計(jì)算： （） （）故 （）(2) 續(xù)流二極管（Free Wheeling Diode）的作用由于負(fù)載中存在電感，使負(fù)載電壓波形出現(xiàn)負(fù)值部分，晶閘管的導(dǎo)通角θ變大，且負(fù)載中L越大，θ越大，輸出電壓波形圖上負(fù)壓的面積越大，從而使輸出電壓平均值減小。在大電感負(fù)載ωLR的情況下，負(fù)載電壓波形圖中正負(fù)面積相近，即不論α天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案為何值，都有。 ωLR 時(shí)不同α?xí)r的電流波形在單相半波相控整流電路中，由于電感的存在，整流輸出電壓的平均值將減小，特別在大電感負(fù)載（ωLR）時(shí)，輸出電壓平均值接近于零，負(fù)載上得不到應(yīng)有的電壓。解決的辦法是在負(fù)載的兩端并聯(lián)續(xù)流二極管D。 大電感負(fù)載接續(xù)流管的單相半波整流電路及電流電壓波形(a)為大電感負(fù)載接續(xù)流管的單相半波整流電路。(b)所示的電路，在電源電壓正半周ωt=α?xí)r刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，二極管D承受反壓不導(dǎo)通，負(fù)載上電壓波形與不加二極管時(shí)相同。當(dāng)電源電壓過零變負(fù)時(shí)，二極管受正向電壓而導(dǎo)通，負(fù)載上電感維持的電流經(jīng)二極管繼續(xù)流通，故二極管D稱為續(xù)流二極管。二極管導(dǎo)通時(shí)，晶閘管被加上反向電壓而關(guān)斷，此時(shí)負(fù)載上電壓為零不會(huì)出現(xiàn)負(fù)電壓。由此可見，在電源電壓正半周，負(fù)載電流由晶閘管導(dǎo)通提供；電源電壓負(fù)天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 師 授 課 教 案半周時(shí)，續(xù)流二極管D維持負(fù)載電流；因此負(fù)載電流是一個(gè)連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形是一條平行于橫軸的直線，其值為。波形圖(b)所示。電感性負(fù)載（大電感）參數(shù)計(jì)算若設(shè)和分別為晶閘管和續(xù)流二極管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通角，則容易得出晶閘管的電壓平均值為： （）流過續(xù)流二極管的電流平均值為： （）流過晶閘管和續(xù)流管的電流有效值分別為： （） （）晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為：單相半波可控整流電路特點(diǎn)：?優(yōu)點(diǎn)：線路簡單，調(diào)整方便；?缺點(diǎn)：（1）輸出電壓脈動(dòng)大，負(fù)載電流脈動(dòng)大（電阻性負(fù)載時(shí)）。（2）整流變壓器次級(jí)繞組中存在直流電流分量， 使鐵芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。?應(yīng)用：單相半波可控整流電路只適于小容量、波形要求不高的場(chǎng)合。天 津 冶 金 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院教 案 ( 首頁 ) 學(xué)年：2006~2007學(xué)期：第二學(xué)期課次8課時(shí)2班級(jí)電氣052電氣054電子052周次4日期課題單相半波相控整流電路安裝調(diào)試維修教學(xué)目的 掌握單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和維修方法 掌握單相半波可控整流電路在電阻負(fù)載及感性負(fù)載時(shí)的工作 了解續(xù)流二極管的作用課型面授□多媒體□ 機(jī)房□ 實(shí)驗(yàn)■ 實(shí)習(xí)□ 課程設(shè)計(jì)□教學(xué)重點(diǎn)掌握單結(jié)晶